WO2005017604A1 - Coherence reducer - Google Patents

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WO2005017604A1
WO2005017604A1 PCT/EP2004/008353 EP2004008353W WO2005017604A1 WO 2005017604 A1 WO2005017604 A1 WO 2005017604A1 EP 2004008353 W EP2004008353 W EP 2004008353W WO 2005017604 A1 WO2005017604 A1 WO 2005017604A1
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WO
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coherence
mirrors
mirror
arm
coupling
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PCT/EP2004/008353
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Alexander Pesch
Kristina Uhlendorf
Peter Kuschnerus
Arnaud Deparnay
Original Assignee
Carl Zeiss Sms Gmbh
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Publication date
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/7055Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
    • G03F7/70583Speckle reduction, e.g. coherence control or amplitude/wavefront splitting
    • GPHYSICS
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    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • G03F7/70075Homogenization of illumination intensity in the mask plane by using an integrator, e.g. fly's eye lens, facet mirror or glass rod, by using a diffusing optical element or by beam deflection

Definitions

  • the invention relates to a coherence reducer for a beam with a predetermined temporal coherence length.
  • Such coherence reducers are used, for example, in the illumination unit of inspection microscopes for semiconductor production if the illumination unit uses, for example, ikrolens arrays for uniform illumination, which can cause disturbing interferences due to the coherence of the beam. Unwanted interference can also occur with other lighting and projection devices that use a beam with a predetermined time coherence length.
  • the object is achieved by a coherence reducer for a beam having a predetermined temporal coherence length, the coherence reducer having a first arm and a coupling-in device which couples a first main beam into the first arm from the beam, the arm having a reflection module which has the first Main beam is reflected back to the coupling-in device, and the coupling-out device forms an outgoing beam from the back-reflected main beam, the reflection module of the first arm in the direction of propagation of the first main beam coming from the coupling / decoupling device having a first semitransparent mirror, which forms part of the first main beam as the first partial beam EinJAuskoppelvorraum
  • reflected back and comprises an end mirror whose optical distance from the first partially transparent mirror corresponds to at least half the time coherence length and the at least part of the first transmitted through the first partially transparent mirror Main beam reflected back over the first partially transparent mirror to the coupling-in device as an end mirror partial beam such that the end mirror partial beam is superimposed on the first partial beam.
  • the end mirror part beam and the first part beam are no longer capable of interfering with one another. The disturbing interference effects can thus be reduced.
  • the time coherence length is understood here to mean the coherence length in the direction of propagation of the beam (or a minimum, preferably the first minimum of the time coherence function).
  • the mirrors of the reflection module of the first arm are designed and aligned such that each partial beam is superimposed, in particular coaxially, by the first-order partial beams reflected back from the mirrors to the coupling-in device.
  • a back-reflected partial beam of the first order is understood to mean any beam reflected at one of the mirrors that was reflected exactly once in the reflection module.
  • the beam diameter of the superimposed partial beams is practically hardly enlarged, so that the emerging beam is essentially the same
  • Beam diameter and the same divergence as the incident beam can have.
  • Coherence reducer thus generates an outgoing beam with essentially the same beam properties from the incident beam, except for the fact that the interference capability is significantly reduced. Therefore, the coherence reducer according to the invention can, if there is sufficient space, be interposed in an existing optical system without having to change the optical system.
  • At least one further partially transparent mirror (or even several) is arranged between the first partially transparent mirror and the end mirror in such a way that the optical distance between two adjacent mirrors corresponds in each case to at least half the time coherence length.
  • the beam reflected back from the reflection module of the first arm to the coupling / decoupling device thus contains several components which are no longer capable of interference with one another.
  • the distance of the mirrors from mirror to mirror can increase (for example, double). This is possible in the direction away from or towards the input coupling device.
  • the reflection coefficients of the semitransparent mirrors of the reflection module of the first arm can be chosen so that in each case with two adjacent mirrors, the mirror closer to the coupling-in device has a smaller reflection coefficient than the other semitransparent mirror.
  • the reflection coefficients of the semitransparent mirrors and the reflection coefficient of the end mirror can be so . be chosen so that the partial beams of the first order reflected from the mirrors to the coupling / decoupling device each have approximately the same intensity. This produces a very homogeneous beam, which is of course very advantageous in the case of lighting devices.
  • a particularly preferred development of the coherence detector according to the invention consists in that two adjacent mirrors of the reflection module of the first arm are formed on interfaces of a body which is transparent to the beam. On the one hand, this can be produced very easily and with high accuracy. On the other hand, these two mirrors, which are formed on the transparent body, are then easy to adjust, since the adjustment of the two mirrors to one another was already carried out during manufacture.
  • the reflection coefficient of at least one of the mirrors of the reflection module of the first arm can be designed to be constant over the cross section of the incident beam. This can be easily produced and leads to a reflected partial beam which has a uniform intensity over its entire beam cross section.
  • At least one of the mirrors can be designed as a Bragg reflector, which alternately comprises ⁇ / 4 layers of high-index and low-index materials. With such Bragg reflectors, desired reflectivities for predetermined wavelengths can now be set with extremely high accuracy.
  • At least one of the mirrors of the reflection module of the first arm can have reflective and transmissive sections, the proportion of the reflective sections being selected as a function of the degree of reflection.
  • the reflective sections can also be partially transparent, so that the reflection coefficient is then determined both via the proportion of the area of the partially reflective sections and their partial reflectivity.
  • the coherence reducer can furthermore have a second arm, the coupling-in / coupling-out device dividing the beam into first and second main beams such that the first main beam is coupled into the first arm and the second main beam into the second arm, the second arm being coupled in Reflection module that reflects the second main beam back to the EinJAoppeloppelvorides, and the EinJAusoppelvorides forms an outgoing beam from both back-reflected main beams.
  • a conventional interferometer for example a Michelson interferometer, can be modified such that at least one 0 ° mirror is replaced by the reflection module with the first semitransparent mirror and the end mirror.
  • a particularly preferred embodiment of the coherence reducer according to the invention consists in that the reflection module of the second arm is designed in the same way as the reflection module of the first arm. This results in a further reduction in the interference ability of the emerging beam.
  • the optical distance between the first semitransparent mirror of one of the two reflection modules and the coupling / decoupling device is greater than the optical distance between the end mirror of the other reflection module and the coupling / decoupling device by at least half the time coherence length. This ensures that the partial beams of the two reflection modules are not capable of interference with one another.
  • the mirrors of the reflection module of the first and / or second arm can be designed as plane mirrors which are aligned parallel to one another. This creates an ideal coaxial superposition of the reflected partial beams.
  • at least one of the plane mirrors is tilted somewhat relative to the other plane mirrors, so that the reflected partial beams are laterally (transversely to the direction of propagation) slightly offset from one another or diverge somewhat.
  • the tilt relative to the parallel orientation is preferably less than 1 °. In addition to the reduction in the interference capability, this also achieves homogenization in the emerging beam.
  • the reflection module of the second arm can in turn also be designed as a Michelson interferometer, in which at least one of the two 0 ° mirrors is designed in the same way as the reflection module of the first arm.
  • the coherence reducer can be designed such that the direction of propagation of the beam with the predetermined time coherence length and of the emerging beam are different and preferably enclose an angle of 90 °.
  • the coherence reducer described above can be used in an illumination device, in particular a microscope illumination device, the coherence reducer being followed by an illumination optical system which illuminates a plane to be illuminated with the emerging beam.
  • the illumination optics can in particular have two microlens arrays arranged one behind the other and a condenser optics arranged downstream of the microlens arrays. Other lighting optics are also possible.
  • a lighting device in particular a
  • Microscope illumination device provided, in which undesired interference in the field to be illuminated is suppressed (preferably completely suppressed).
  • a further development of the use of the coherence reducer in a lighting device consists in that at least one diffusing screen is arranged in front of and / or behind the coherence reducer, through which the incident beam or the emerging beam passes.
  • This diffuser excellent homogeneity can be achieved in the plane to be illuminated. It has proven to be particularly advantageous if a stationary and a moving lens, which are arranged one behind the other, are provided, this arrangement preferably being arranged in front of the coherence reducer, so that the incident beam passes through these two lenses.
  • the arrangement can also be used behind the coherence reducer.
  • a method for reducing the coherence of a beam having a predetermined temporal coherence length wherein a first main beam is reflected back in itself from the beam, an outgoing beam being formed from the back-reflected main beam, part of the first main beam after passing through a first optical path length as first partial beam is reflected back and another part is transmitted and at least a part of the transmitted first main beam after passing through another optical.
  • Path length which corresponds to at least half the time coherence length, is reflected back as the end mirror partial beam in such a way that the end mirror partial beam is superimposed (preferably coaxially) with the first partial beam.
  • a further development of the method is that the beam with the predetermined temporal coherence length is divided into a first and a second main beam, which are reflected back after passing through different optical paths.
  • the method can be further developed as it can be implemented according to the coherence reducer according to the invention and its further developments.
  • lasers such as. e.g. Excimer lasers (e.g. krypton fluoride, argon fluoride or fluoride excimer lasers) can be used.
  • Excimer lasers e.g. krypton fluoride, argon fluoride or fluoride excimer lasers
  • FIG. 1 schematically shows a lighting device which contains a coherence reducer according to the invention
  • FIG. 2 shows a detailed view of the coherence reducer from FIG. 1.
  • the lighting device shown in Fig. 1 comprises the coherence reducer 1, into which a laser beam S1 with a predetermined temporal coherence length is coupled (seen in Fig. 1 from the left, indicated by the arrows P1 and P2) and which emits an outgoing beam S2, the latter Interference ability is reduced.
  • the outgoing beam S2, which is emitted downward in FIG. 1, is again indicated by two arrows P3 and P4, wherein, as can be seen from FIG.
  • the beam cross section of the outgoing beam S2 essentially corresponds to the beam cross section of the incident beam S1 ,
  • the laser beam S1 is generated by an excimer laser (not shown) and has a wavelength of 157 nm and a temporal coherence length of 15 mm.
  • the lighting device further contains two spaced-apart microlens arrays 2, 3, each of which has a plurality of microlenses arranged in rows and columns (only three are shown in the figure).
  • the distance between the two microlens arrays 2, 3 corresponds approximately to the focal length of the microlenses of the array 3.
  • the two microlens arrays 2 and 3 are followed by a condenser lens system 4, which is arranged schematically by the lens shown, and which is separate from the individual microlenses of the microlens array 3 outgoing partial beams onto the field F to be illuminated, in order to illuminate it as uniformly as possible.
  • the distance between the two microlens arrays 2, 3 does not exactly correspond to the focal length of the microlenses of the array 3, there is a slight defocusing of the arrangement, which leads to better illumination of the pupil (conjugate plane to field F).
  • the focal points of the microlenses are found in the pupil, the focal points being spread out due to the slight defocusing and the better illumination being achieved as a result.
  • the microlenses of the two arrays 2 and 3 can have the same or different refractive indices. There may also be other differences between the two microlens arrays 2 and 3. It is important that the illumination optics focus a parallel beam in the field plane F and that the plane of the first microlens array 2 is imaged in the field plane F. It is also possible to dispense with the second microlens array 3.
  • the structure of the coherence reducer 1 can be seen from FIG. 2.
  • the coherence reducer 1 contains an input coupling device 5, which here is a dividing device which is designed as a partially transparent plate which is inclined at 45 ° with respect to the direction of the incident beam S1 and thus converts the incident beam S1 into a first main beam H1, which is shown in FIG the first arm A1 is coupled, and splits the second main beam H2, which is coupled into the second arm A2.
  • two bodies K1 and K2 which are transparent to the laser radiation are arranged at a distance from one another, the end faces 6, 7, 8 and 9 of which are mirrored, so that four mutually spaced plane mirrors 6 to 9 are arranged in the first arm A1 are.
  • the optical distance between two adjacent plane mirrors 6, 7; 7, 8 and 8, 9 is chosen so that it is at least as long as half the time coherence length of the beam S1 (here at least 7.5 mm).
  • the mirrors 6 to 8 are each designed as partially transparent mirrors, so that the main beam H1 is first partially reflected on the first mirror 6, so that a first partial beam T11 is generated.
  • the transmitted part of the first main beam H1 is then partly reflected again on the second partially transparent mirror 7, so that a second partial beam, T12, is generated.
  • the same then takes place on the third partially transparent mirror 8, on which the third partial beam T13 is generated, and the part of the main beam H1 transmitted up to the end mirror 9 is reflected on the end mirror 9 (as completely as possible), as a result of which the end mirror partial beam T14 is generated. Since the plane mirrors 6 to 9 are aligned parallel to each other, the rays are always reflected back in themselves.
  • the partial beams T11 to T14, which are reflected back are shown somewhat offset from the main beam H1 only for the sake of clarity in the drawing. Multiple reflections are not taken into account here.
  • the reflected partial beams are first order partial beams (that is, they were reflected exactly once).
  • the partial beams T11 to T14 are coaxially superimposed by the reflection on the plane mirrors 6 to 9, so that the beam reflected back to the divider device 5 (which comprises the partial beams T11 to T 14) has a significantly reduced interference capability.
  • the body K1 and K2 form with the mirrors 6 to 9 a reflection module R1, which reduces the interference ability of the first main beam H1.
  • the reflection coefficients (or reflectance) of the mirrors 6 to 9 are set so that each partial beam T11 to T14 has approximately the same intensity. If multiple reflections and absorptions are not taken into account, the reflection coefficients of the remaining semitransparent mirrors 8 to 6 can be calculated on the basis of the reflection coefficient of the end mirror 9 according to the following formula:
  • the reflection coefficient of the second mirror is 0.37
  • the reflection coefficient of the third mirror is 0.22
  • the reflection coefficient of the fourth mirror is 0.15 (in each case two digits calculated according to the above formula).
  • the mirrors 6 to 9 are each here as a Bragg mirror (layer system of ⁇ / 4 layers stacked on top of one another with alternating high and low refractive indices).
  • LaF 3 can be used as the material with high refractive index and MgF 2 as material with low refractive index.
  • the second arm A2 of the coherence reducer is essentially identical to the first arm A1, the transparent bodies K3 and K4 corresponding to the transparent bodies K1 and K2.
  • the mirroring of the end faces of the transparent bodies K3 and K4 to form the mirrors 10, 11, 12 and 13 can also be identical to the mirrors 6 to 9.
  • the bodies K3 and K4 with the mirrors 10 to 13 form a second reflection module R2.
  • the optical distance between the partially transparent mirror 10 and the divider device 5 is selected such that it is at least half the time coherence length of the beam S1 greater than the optical distance between the mirror 9 and the divider device 5 (in FIG. 2, the distance is to simplify the illustration) not shown exactly).
  • the optical distance of the partially transmissive mirror 10 from the divider device is therefore selected such that it is greater by at least half the time coherence length of the beam S1 plus the total optical length of the first reflection module R1. This ensures that the partial beams T21, T22, T23 and T24 are not capable of interference with the partial beams T11 to T14.
  • the two arms do not have to be of the same design with regard to the mirrors. So in both arms A1 and A2 a different one. Number of mirrors can be provided. Furthermore, it is also possible to provide a second divider device in the second arm instead of the two bodies K3 and K4, which in turn divides the main jet H2 into two Splits beams and couples them into two different arms, each of which can be constructed as well as arm A1.
  • the plane mirrors 6 to 9 and 10 to 13 are not aligned exactly parallel to one another. They can be partially tilted towards each other, so that there is a slight lateral offset of the superimposed partial beams T11 to T14 and T21 to T24, as a result of which homogenization is achieved across the beam cross section.
  • the position of the bodies K1 and K2 and / or K3 and K4 can be changed in the beam spreading device in order to adapt the coherence reducer 1 to other temporal coherence lengths.
  • the mirrors 6 to 9 and 10 to 13 do not have to be formed on the end faces of the bodies K1 and K4, but can also be designed as individual mirrors.
  • the partial beams T11 to T14 and T21 to T24 reflected back by the two arms are (at least partially) superimposed on the divider device 5 and form the emerging beam S2, the interference capability of which is significantly lower due to the coherence reducer.
  • the coherence reducer can be used for partially coherent and coherent radiation sources in the wavelength range from infrared to extreme UV (wavelength of about 13 nm), in particular for inspection microscopes (their illumination unit), e.g. B. in semiconductor manufacturing, lithography devices, laser projection systems and also with polarized lighting for measurement and projection systems.

Abstract

A coherence reducer for a beam with a given temporal coherence length is disclosed, which can be embodied as a Michelson interferometer in which at least one 0° mirror is replaced by a partially transparent mirror and one further mirror, the optical separation of which corresponds to at least half the temporal coherence length.

Description

Kohärenzminderer coherence-reducing
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kohärenzminderer für einen Strahl mit einer vorbestimmten zeitlichen Kohärenzlänge.The invention relates to a coherence reducer for a beam with a predetermined temporal coherence length.
Solche Kohärenzminderer werden beispielsweise in der Beleuchtungseinheit von Inspektionsmikroskopen für die Halbleiterfertigung eingesetzt, wenn die Beleuchtungseinheit beispielsweise ikrolinsenarrays zur gleichmäßigen Ausleuchtung einsetzt, die störenden Interferenzen aufgrund der Kohärenz des Strahls hervorrufen können. Auch bei anderen Beleuchtungs- und Projektionsvorrichtungen, die einen Strahl mit einer vorbestimmten zeitlichen Kohärenzlänge verwenden, können unerwünschte Interferenzen auftreten.Such coherence reducers are used, for example, in the illumination unit of inspection microscopes for semiconductor production if the illumination unit uses, for example, ikrolens arrays for uniform illumination, which can cause disturbing interferences due to the coherence of the beam. Unwanted interference can also occur with other lighting and projection devices that use a beam with a predetermined time coherence length.
Ausgehend, hiervon ist es Aufgabe der Erfindung einen Kohärenzminderer für einen Strahl mit einer vorbestimmten zeitlichen Kohärenzlänge zur Verfügung zu stellen, wobei der Kohärenzminderer einen einfachen und gleichzeitig leicht an unterschiedliche zeitliche Kohärenzlängen anpaßbaren Aufbau aufweisen soll.Proceeding from this, it is an object of the invention to provide a coherence reducer for a beam with a predetermined temporal coherence length, the coherence reducer being designed to be simple and at the same time easily adaptable to different temporal coherence lengths.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Kohärenzminderer für einen Strahl mit einer vorbestimmten zeitlichen Koharenzlange, wobei der Kohärenzminderer einen ersten Arm sowie eine EinJAuskoppelvorrichtung aufweist, die vom Strahl einen ersten Haupfstrahl in den ersten Arm einkoppelt, wobei der Arm ein Reflexionsmodul aufweist, das den ersten Hauptstrahl zur EinJAuskoppelvorrichtung zurückreflektiert, und die EinJAuskoppelvorrichtung aus dem zurückreflektierten Hauptstrahl einen ausfallenden Strahl bildet, wobei das Reflexϊonsmodul des ersten Arms in Ausbreitungsrichtung des von der Ein- / Auskoppervorrichtung kommenden ersten Hauptstrahls einen ersten teildurchlässigen Spiegel, der einen Teil des ersten Hauptstrahls als erster Teilstrahl zur EinJAuskoppelvorrichtungAccording to the invention, the object is achieved by a coherence reducer for a beam having a predetermined temporal coherence length, the coherence reducer having a first arm and a coupling-in device which couples a first main beam into the first arm from the beam, the arm having a reflection module which has the first Main beam is reflected back to the coupling-in device, and the coupling-out device forms an outgoing beam from the back-reflected main beam, the reflection module of the first arm in the direction of propagation of the first main beam coming from the coupling / decoupling device having a first semitransparent mirror, which forms part of the first main beam as the first partial beam EinJAuskoppelvorrichtung
" zurückreflektiert, und einen Endspiegel umfaßt, dessen optischer Abstand zum ersten teildurchlässϊgen Spiegel mindestens der halben zeitlichen Kohärenzlänge entspricht und der zumindest einen Teil des vom ersten teildurchlässϊgen Spiegel transmϊttierten ersten Hauptstrahls derart über den ersten teildurchlässigen Spiegel zur EinJAuskoppelvorrichtung als Endspiegelteilstrahl zurückreflektiert, daß der Endspϊegelteilstrahl mit dem ersten Teilstrahl überlagert ist. " reflected back, and comprises an end mirror whose optical distance from the first partially transparent mirror corresponds to at least half the time coherence length and the at least part of the first transmitted through the first partially transparent mirror Main beam reflected back over the first partially transparent mirror to the coupling-in device as an end mirror partial beam such that the end mirror partial beam is superimposed on the first partial beam.
Da der optische Abstand zwischen dem teildurchlässigen Spiegel und dem Endspiegel mindestens der halben zeitlichen Kohärenzlänge entspricht, sind der Endspiegelteilstrahl und der erste Teilstrahl nicht mehr miteinander interferenzfähig. Damit können die störenden Interferenzeffekte vermindert werden.Since the optical distance between the partially transparent mirror and the end mirror corresponds to at least half the time coherence length, the end mirror part beam and the first part beam are no longer capable of interfering with one another. The disturbing interference effects can thus be reduced.
Unter der zeitlichen Kohärenzlänge wird hier die Kohärenzlänge in Ausbreitungsrichtung des Strahls verstanden (bzw. ein Minimum, bevorzugt das erste Minimum der zeitlichen Kohärenzfunktion).The time coherence length is understood here to mean the coherence length in the direction of propagation of the beam (or a minimum, preferably the first minimum of the time coherence function).
Insbesondere sind die Spiegel des Reflexionsmoduls des ersten Arms so ausgebildet und ausgerichtet, daß jeder Teilstrahl von den von den Spiegeln zur EinJAuskoppelvorrichtung zurückreflektierten Teilstrahlen erster Ordnung mit den restlichen Teilstrahlen überlagert ist, insbesondere koaxial. (Unter einem zurückreflektierten Teilstrahl erster Ordnung wird jeder an einem der Spiegel reflektierte Strahl verstanden, der in dem Reflexionsmodul genau einmal reflektiert wurde.) Damit wird der Strahldurchmesser der überlagerten Teilstrahlen praktisch kaum vergrößert, so daß auch der ausfallende Strahl im wesentlichen den gleichenIn particular, the mirrors of the reflection module of the first arm are designed and aligned such that each partial beam is superimposed, in particular coaxially, by the first-order partial beams reflected back from the mirrors to the coupling-in device. (A back-reflected partial beam of the first order is understood to mean any beam reflected at one of the mirrors that was reflected exactly once in the reflection module.) The beam diameter of the superimposed partial beams is practically hardly enlarged, so that the emerging beam is essentially the same
Strahldurchmesser sowie die gleiche Divergenz wie der einfallende Strahl aufweisen kann. DerBeam diameter and the same divergence as the incident beam can have. The
Kohärenzminderer erzeugt somit aus dem einfallenden Strahl einen ausfallenden Strahl mit im wesentlichen gleichen Strahleigenschaften, bis auf die Tatsache, daß die Interferenzfähigkeit deutlich vermindert ist. Daher kann der erfindungsgemäße Kohärenzminderer, soweit ausreichend Platz vorhanden ist, in ein bestehendes optisches System zwischengeschaltet werden, ohne das optische System ändern zu müssen.Coherence reducer thus generates an outgoing beam with essentially the same beam properties from the incident beam, except for the fact that the interference capability is significantly reduced. Therefore, the coherence reducer according to the invention can, if there is sufficient space, be interposed in an existing optical system without having to change the optical system.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kohärenzrninderers ist zwischen dem ersten teildurchiässigen Spiegel und dem Endspiegel zumindest ein weiterer teildurchlässiger Spiegel (oder auch mehrere) derart angeordnet, daß jeweils der optische Abstand zweier benachbarter Spiegel mindestens der halben zeitlichen Kohärenzlänge entspricht. Damit enthält der vom Reflexionsmodul des ersten Arms zur Ein- /Auskoppelvorrichtung zurückreflektierte Strahl (die Überlagerung der Teilstrahlen) mehrere Anteile, die untereinander nicht mehr interferenzfähig sind. Natürlich kann der Abstand der Spiegel von Spiegel zu Spiegel zunehmen (sich zum Beispiel verdoppeln). Dies ist in Richtung von der EinJAuskoppelvorrichtung weg oder auf diese zu möglich. Ferner können beim Kohärenzminderer die Reflexionskoeffizienten der teildurchlässigen Spiegel des Reflexionsmoduls des ersten Arms so gewählt sein, daß jeweils bei zwei benachbarten Spiegeln, der näher an der EinJAuskoppelvorrichtung liegende Spiegel einen kleineren Reflexionskoeffizienten aufweist als der andere teildurchlässige Spiegel. Insbesondere können die Reflexionskoeffizienten der teildurchlässigen Spiegel sowie der Reflexionskoeffizient des Endspiegels so. gewählt sein, daß die von den Spiegeln zur Ein- /Auskoppelvorrichtung zurückrefiektierten Teilstrahlen erster Ordnung jeweils in etwa die gleiche Intensität aufweisen. Dadurch wird ein sehr homogener Strahl erzeugt, der bei Beleuchtungsvorrichtungen natürlich sehr vorteilhaft ist.In a preferred embodiment of the coherence detector according to the invention, at least one further partially transparent mirror (or even several) is arranged between the first partially transparent mirror and the end mirror in such a way that the optical distance between two adjacent mirrors corresponds in each case to at least half the time coherence length. The beam reflected back from the reflection module of the first arm to the coupling / decoupling device (the superposition of the partial beams) thus contains several components which are no longer capable of interference with one another. Of course, the distance of the mirrors from mirror to mirror can increase (for example, double). This is possible in the direction away from or towards the input coupling device. Furthermore, in the coherence reducer, the reflection coefficients of the semitransparent mirrors of the reflection module of the first arm can be chosen so that in each case with two adjacent mirrors, the mirror closer to the coupling-in device has a smaller reflection coefficient than the other semitransparent mirror. In particular, the reflection coefficients of the semitransparent mirrors and the reflection coefficient of the end mirror can be so . be chosen so that the partial beams of the first order reflected from the mirrors to the coupling / decoupling device each have approximately the same intensity. This produces a very homogeneous beam, which is of course very advantageous in the case of lighting devices.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kohärenzm inderers besteht darin, daß zwei benachbarte Spiegel des Reflexionsmoduls des ersten Arms auf Grenzflächen eines für den Strahl transparenten Körpers ausgebildet sind. Dies läßt sich einerseits sehr einfach und mit hoher Genauigkeit herstellen. Andererseits sind dann diese beiden Spiegel, die auf dem transparenten Körper ausgebildet sind, leicht zu justieren, da die Justierung der beiden Spiegel zueinander schon bei der Herstellung durchgeführt wurde.A particularly preferred development of the coherence detector according to the invention consists in that two adjacent mirrors of the reflection module of the first arm are formed on interfaces of a body which is transparent to the beam. On the one hand, this can be produced very easily and with high accuracy. On the other hand, these two mirrors, which are formed on the transparent body, are then easy to adjust, since the adjustment of the two mirrors to one another was already carried out during manufacture.
Der Reflexionskoeffizient zumindest eines der Spiegel des Reflexionsmoduls des ersten Arms kann über den Querschnitt des auftreffenden Strahls konstant ausgebildet sein. Dies läßt sich leicht herstellen und führt zu einem reflektierten Teilstrahl, der über seinen gesamten Strahlquerschnitt eine gleichmäßige Intensität aufweist.The reflection coefficient of at least one of the mirrors of the reflection module of the first arm can be designed to be constant over the cross section of the incident beam. This can be easily produced and leads to a reflected partial beam which has a uniform intensity over its entire beam cross section.
Zumindest einer der Spiegel kann als Bragg-Reflektor ausgebildet sein, der alternierend λ/4- Schichten von hochbrechendem und niedrigberechendem Materialien umfaßt. Mit solchen Bragg-Reflektoren können heutzutage mit äußert hoher Genauigkeit gezielt gewünschte Reflektivitäten für vorgegebene Wellenlängen eingestellt werden.At least one of the mirrors can be designed as a Bragg reflector, which alternately comprises λ / 4 layers of high-index and low-index materials. With such Bragg reflectors, desired reflectivities for predetermined wavelengths can now be set with extremely high accuracy.
Es ist jedoch auch möglich, daß zumindest einer der Spiegel des Reflexionsmoduls des ersten Arms reflektive und transmissive Abschnitte aufweist, wobei der Anteil der reflektiven Abschnitte in Abhängigkeit des Reflexionsgrads gewählt ist. Die reflektiven Abschnitte können auch teiltransparent sein, so daß dann der Reflexionskoeffizient sowohl über den Flächenanteil der teilreflektiven Abschnitte als auch deren Teilreflektivität bestimmt wird.However, it is also possible for at least one of the mirrors of the reflection module of the first arm to have reflective and transmissive sections, the proportion of the reflective sections being selected as a function of the degree of reflection. The reflective sections can also be partially transparent, so that the reflection coefficient is then determined both via the proportion of the area of the partially reflective sections and their partial reflectivity.
Der Kohärenzminderer kann ferner einen zweiten Arm aufweisen, wobei die Ein- /Auskoppelvorrichtung den Strahl in einen ersten und zweiten Hauptstrahl so aufteilt, daß der erste Hauptstrahl in den ersten Arm und der zweite Hauptstrahl in den zweiten Arm eingekoppelt wird, wobei der zweite Arm ein Reflexionsmodul aufweist, das den zweiten Hauptstrahl zur EinJAuskoppelvorrichtung zurückreflektiert, und die EinJAuskoppelvorrichtung aus beiden zurückreflektierten Hauptstrahlen einen ausfallenden Strahl bildet. Somit kann eifϊndungsgemäß ein herkömmliches Interferometer, beispielsweise ein Michelson- Interferometer, so abgewandelt werden, daß zumindest ein 0°-Spiegel durch das Reflexionsmodul mit dem ersten teildurchlässigen Spiegel und dem Endspiegel ersetzt wird.The coherence reducer can furthermore have a second arm, the coupling-in / coupling-out device dividing the beam into first and second main beams such that the first main beam is coupled into the first arm and the second main beam into the second arm, the second arm being coupled in Reflection module that reflects the second main beam back to the EinJAoppeloppelvorrichtung, and the EinJAusoppelvorrichtung forms an outgoing beam from both back-reflected main beams. Thus, according to the invention, a conventional interferometer, for example a Michelson interferometer, can be modified such that at least one 0 ° mirror is replaced by the reflection module with the first semitransparent mirror and the end mirror.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kohärenzminderers besteht darin, daß das Reflexionsmodul des zweiten Arms in gleicher Weise wie das Reflexionsmodul des ersten Arms ausgebildet ist. Damit wird eine weitere Verringerung der Interferenzfähigkeit des ausfallenden Strahls bewirkt. Insbesondere ist der optische Abstand zwischen dem ersten teildurchlässigen Spiegel eines der beiden Reflexionsmodule und der Ein- /Auskoppelvorrichtung um mindestens die halbe zeitliche Kohärenzlänge größer als der optische Abstand zwischen dem Endspiegel des anderen Reflexionsmoduls und der Ein- /Auskoppelvorrichtung. Damit wir sichergestellt, daß die Teilstrahlen der beiden Reflexionsmodule untereinander nicht interferenzfähig sind.A particularly preferred embodiment of the coherence reducer according to the invention consists in that the reflection module of the second arm is designed in the same way as the reflection module of the first arm. This results in a further reduction in the interference ability of the emerging beam. In particular, the optical distance between the first semitransparent mirror of one of the two reflection modules and the coupling / decoupling device is greater than the optical distance between the end mirror of the other reflection module and the coupling / decoupling device by at least half the time coherence length. This ensures that the partial beams of the two reflection modules are not capable of interference with one another.
Die Spiegel des Reflexionsmoduls des ersten und/oder zweiten Arms können als Planspiegel ausgebildet sein, die zueinander parallel ausgerichtet sind. Damit wird eine ideale koaxiale Oberlagerung der reflektierten Teilstrahlen erzeugt. Alternativ ist es auch möglich, daß zumindest einer der Planspiegel etwas gegenüber den anderen Planspiegeln verkippt ist, so daß die reflektierten Teilstrahlen lateral (quer zur Ausbreitungsrichtung) etwas zueinander versetzt sind bzw. etwas divergieren. Die Verkippung gegenüber der parallelen Ausrichtung beträgt dabei bevorzugt weniger als 1°. Damit wird zusätzlich zu der Verminderung der Interferenzfähigkeit auch noch eine Homogenisierung im ausfallenden Strahl erreicht.The mirrors of the reflection module of the first and / or second arm can be designed as plane mirrors which are aligned parallel to one another. This creates an ideal coaxial superposition of the reflected partial beams. Alternatively, it is also possible that at least one of the plane mirrors is tilted somewhat relative to the other plane mirrors, so that the reflected partial beams are laterally (transversely to the direction of propagation) slightly offset from one another or diverge somewhat. The tilt relative to the parallel orientation is preferably less than 1 °. In addition to the reduction in the interference capability, this also achieves homogenization in the emerging beam.
Insbesondere kann das Reflexionsmodul des zweiten Arms auch seinerseits als Michelson- Interferometer ausgebildet sein, bei dem zumindest einer der beiden 0°-Spiegel in gleicher Weise wie das Reflexionsmodul des ersten Arms ausgebildet ist.In particular, the reflection module of the second arm can in turn also be designed as a Michelson interferometer, in which at least one of the two 0 ° mirrors is designed in the same way as the reflection module of the first arm.
Der Kohärenzminderer kann so ausgebildet sein, daß die Ausbreitungsrichtung des Strahls mit der vorbestimmten zeitlichen Kohärenzlänge und des ausfallenden Strahls unterschiedlich sind und bevorzugt einen Winkel von 90° einschließen.The coherence reducer can be designed such that the direction of propagation of the beam with the predetermined time coherence length and of the emerging beam are different and preferably enclose an angle of 90 °.
Ferner kann der oben beschriebene Kohärenzminderer bei einer Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere einer Mikroskopbeleuchtungsvorrichtung, verwendet werden, wobei dem Kohärenzminderer eine Beleuchtungsoptik nachgeschaltet ist, die mit dem ausfallenden Strahl eine zu beleuchtende Ebene beleuchtet. Die Beleuchtungsoptik kann insbesondere zwei hintereinander angeordnete Mikrolinsen-Arrays sowie eine den Mikrolinsen-Arrays nachgeordneten Kondensoroptik aufweisen. Auch andere Beleuchtungsoptiken sind möglich. Somit wird eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere eineFurthermore, the coherence reducer described above can be used in an illumination device, in particular a microscope illumination device, the coherence reducer being followed by an illumination optical system which illuminates a plane to be illuminated with the emerging beam. The illumination optics can in particular have two microlens arrays arranged one behind the other and a condenser optics arranged downstream of the microlens arrays. Other lighting optics are also possible. Thus, a lighting device, in particular a
Mikroskopbeleuchtungsvorrichtung bereitgestellt, bei der unerwünschte Interferenzen im zu beleuchtenden Feld unterdrückt (bevorzugt vollständig unterdrückt) sind.Microscope illumination device provided, in which undesired interference in the field to be illuminated is suppressed (preferably completely suppressed).
Eine Weiterbildung der Verwendung des Kohärenzmϊnderers bei einer Beleuchtungsvorrichtung besteht darin, daß vor und/oder hinter dem Kohärenzminderer zumindest eine Streuscheibe angeordnet ist, durch die der einfallende Strahl bzw. der ausfallende Strahl hindurchläuft. Mittels dieser Streuscheibe kann eine ausgezeichnete Homogenität in der zu beleuchtenden Ebene erreicht werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn eine ruhende und eine bewegte Streuscheibe, die hintereinander angeordnet sind, vorgesehen werden, wobei diese Anordnung bevorzugt vor dem Kohärenzminderer angeordnet wird, so daß der einfallende Strahl durch diese beiden Streuscheiben hindurchläuft. Natürlich kann die Anordnung auch hinter dem Kohärenzminderer eingesetzt werden.A further development of the use of the coherence reducer in a lighting device consists in that at least one diffusing screen is arranged in front of and / or behind the coherence reducer, through which the incident beam or the emerging beam passes. With this diffuser, excellent homogeneity can be achieved in the plane to be illuminated. It has proven to be particularly advantageous if a stationary and a moving lens, which are arranged one behind the other, are provided, this arrangement preferably being arranged in front of the coherence reducer, so that the incident beam passes through these two lenses. Of course, the arrangement can also be used behind the coherence reducer.
Ferner wird ein Verfahren zur Kohärenzminderung eines Strahls mit einer vorbestimmten zeitlichen Kohärenzlänge bereitgestellt, wobei vom Strahl ein erster Hauptstrahl in sich zurückreflektiert wird, wobei aus dem zurückreflektierten Hauptstrahl ein ausfallender Strahl gebildet wird, wobei ein Teil des ersten Hauptstrahls nach Durchlaufen einer ersten optischen Weglänge als erster Teilstrahl zurückreflektiert und ein anderer Teil transmittiert wird und zumindest ein Teil des transmittierten ersten Hauptstrahls nach Durchlaufen einer weiteren optischen . Weglänge, die mindestens der halben zeitlichen Kohärenzlänge entspricht, als Endspiegelteilstrahl derart zurückreflektiert wird, daß der Endspiegelteilstrahl mit dem ersten Teilstrahl (bevorzugt koaxial) überlagert wird.Furthermore, a method for reducing the coherence of a beam having a predetermined temporal coherence length is provided, wherein a first main beam is reflected back in itself from the beam, an outgoing beam being formed from the back-reflected main beam, part of the first main beam after passing through a first optical path length as first partial beam is reflected back and another part is transmitted and at least a part of the transmitted first main beam after passing through another optical. Path length, which corresponds to at least half the time coherence length, is reflected back as the end mirror partial beam in such a way that the end mirror partial beam is superimposed (preferably coaxially) with the first partial beam.
Eine Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, daß der Strahl mit der vorbestimmten zeitlichen Kohärenzlänge in einen ersten und zweiten Hauptstrahl aufgeteilt wird, die nach Durchlaufen unterschiedlicher optischer Wege in sich zurückreflektiert werden. Insbesondere kann das Verfahren noch so weitergebildet werden, wie es gemäß dem erfindungsgemäßen Kohärenzminderer und seinen Weiterbildungen verwirklicht werden kann.A further development of the method is that the beam with the predetermined temporal coherence length is divided into a first and a second main beam, which are reflected back after passing through different optical paths. In particular, the method can be further developed as it can be implemented according to the coherence reducer according to the invention and its further developments.
Als Strahlungsquelle, die den Strahl mit der vorbestimmten zeitlichen Kohärenzlänge abgibt, können Laser, wie . z.B. Excimer-Laser (beispielsweise Krypton-Fluorid-, Argon-Fluorid- oder Fluorid-Excimer-Laser), verwendet werden.As a radiation source that emits the beam with the predetermined time coherence length, lasers such as. e.g. Excimer lasers (e.g. krypton fluoride, argon fluoride or fluoride excimer lasers) can be used.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhalber anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch eine Beleuchtungsvorrichtung, die einen erfindungsgemäßen Koharenzminderer enthält, und Fig. 2 eine detaillierte Ansicht des Kohärenzminderers von Fig. 1.The invention is explained in more detail below by way of example with reference to the drawings. Show it: 1 schematically shows a lighting device which contains a coherence reducer according to the invention, and FIG. 2 shows a detailed view of the coherence reducer from FIG. 1.
Die in Fig. 1 gezeigte Beleuchtungsvorrichtung umfaßt den Kohärenzminderer 1, in den ein Laserstrahl S1 mit einer vorbestimmten zeitlichen Kohärenzlänge eingekoppelt wird (in Fig. 1 gesehen von links, durch die Pfeile P1 und P2 angedeutet) und der einen ausfallenden Strahl S2 abgibt, dessen Interferenzfähigkeit vermindert ist. Der ausfallende Strahl S2, der in Fig. 1 nach unten abgegeben wird, ist wiederum durch zwei Pfeile P3 und P4 angedeutet, wobei, wie aus Fig. 1 entnehmbar ist, der Strahlquerschnitt des ausfallenden Strahls S2 im wesentlichen dem Strahlquerschnitt des einfallenden Strahls S1 entspricht. Der Laserstrahl S1 wird in dem hier beschriebenen Beispiel von einem Excimer-Laser (nicht gezeigt) erzeugt und weist eine Wellenlänge von 157 nm und eine zeitliche Kohärenzlänge von 15 mm auf.The lighting device shown in Fig. 1 comprises the coherence reducer 1, into which a laser beam S1 with a predetermined temporal coherence length is coupled (seen in Fig. 1 from the left, indicated by the arrows P1 and P2) and which emits an outgoing beam S2, the latter Interference ability is reduced. The outgoing beam S2, which is emitted downward in FIG. 1, is again indicated by two arrows P3 and P4, wherein, as can be seen from FIG. 1, the beam cross section of the outgoing beam S2 essentially corresponds to the beam cross section of the incident beam S1 , In the example described here, the laser beam S1 is generated by an excimer laser (not shown) and has a wavelength of 157 nm and a temporal coherence length of 15 mm.
Die Beleuchtungsvorrichtung enthält ferner zwei voneinander beabstandete Mikrolinsen-Arrays 2, 3, die jeweils eine Mehrzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Mikrolinsen aufweisen (in der Figur sind jeweils nur drei eingezeichnet). Der Abstand der beiden Mikrolinsen-Arrays 2, 3 entspricht circa der Brennweite der Mikrolinsen des Arrays 3. Den beiden Mikrolinsen-Arrays 2 und 3 ist eine Kondensoroptik 4, die schematisch durch die eingezeichnete Linse angeordnet ist, nachgeordnet, die die von den einzelnen Mikrolinsen des Mikrolinsen-Arrays 3 ausgehenden Teilstrahlenbündel übereinander auf das zu beleuchtend Feld F abbildet, um dieses möglichst gleichmäßig auszuleuchten.The lighting device further contains two spaced-apart microlens arrays 2, 3, each of which has a plurality of microlenses arranged in rows and columns (only three are shown in the figure). The distance between the two microlens arrays 2, 3 corresponds approximately to the focal length of the microlenses of the array 3. The two microlens arrays 2 and 3 are followed by a condenser lens system 4, which is arranged schematically by the lens shown, and which is separate from the individual microlenses of the microlens array 3 outgoing partial beams onto the field F to be illuminated, in order to illuminate it as uniformly as possible.
Wenn der Abstand der beiden Mikrolinsen-Arrays 2, 3 nicht exakt der Brennweite der Mikrolinsen des Arrays 3 entspricht, liegt eine leichte Defokussierung der Anordnung vor, die zu einer besseren Ausleuchtung der Pupille (konjugierte Ebene zum Feld F) führt. In der Pupille findet man die Brennpunkte des Mikrolinsen, wobei durch die leichte Defokussierung die Brennpunkte verbreitet und dadurch die bessere Ausleuchtung erreicht wird. Die Mikrolinsen der beiden Arrays 2 und 3 können gleiche oder unterschiedliche Brechzahlen aufweisen. Auch andere Unterschiede zwischen den beiden Mikrolinsen-Arrays 2 und 3 können vorliegen. Wichtig ist es, daß die Beleuchtungsoptik ein paralleles Strählenbündel in die Feldebene F fokussiert und die Ebene des ersten Mikrolinsenarrays 2 in die Feldebene F abgebildet wird. Es ist auch, möglich, auf das zweite Mikrolinsenarray 3 zu verzichten.If the distance between the two microlens arrays 2, 3 does not exactly correspond to the focal length of the microlenses of the array 3, there is a slight defocusing of the arrangement, which leads to better illumination of the pupil (conjugate plane to field F). The focal points of the microlenses are found in the pupil, the focal points being spread out due to the slight defocusing and the better illumination being achieved as a result. The microlenses of the two arrays 2 and 3 can have the same or different refractive indices. There may also be other differences between the two microlens arrays 2 and 3. It is important that the illumination optics focus a parallel beam in the field plane F and that the plane of the first microlens array 2 is imaged in the field plane F. It is also possible to dispense with the second microlens array 3.
Der Aufbau des Kohärenzminderers 1 ist aus Fig. 2 zu entnehmen. Der Kohärenzminderer 1 enthält eine EinJAuskoppelvorrichtung 5, die hier eine Teilervorrichtung ist, die als teiltransparente Platte ausgebildet ist, die um 45° gegenüber der Richtung des einfallenden Strahls S1 geneigt ist und so den einfallenden Strahl S1 in einen ersten Hauptstrahl H1 , der in den ersten Arm A1 eingekoppelt wird, und den zweiten Hauptstrahl H2 aufteilt, der in den zweiten Arm A2 eingekoppelt wird.The structure of the coherence reducer 1 can be seen from FIG. 2. The coherence reducer 1 contains an input coupling device 5, which here is a dividing device which is designed as a partially transparent plate which is inclined at 45 ° with respect to the direction of the incident beam S1 and thus converts the incident beam S1 into a first main beam H1, which is shown in FIG the first arm A1 is coupled, and splits the second main beam H2, which is coupled into the second arm A2.
In dem ersten Arm A1 sind zwei für die Laserstrahlung transparente Köper K1 und K2 (hier aus Kalziumfiuorid) voneinander beabstandet angeordnet, deren Stirnseiten 6, 7, 8 und 9 verspiegelt sind, so daß im ersten Arm A1 vier voneinander beabstandete Planspiegel 6 bis 9 angeordnet sind. Der optische Abstand zwischen zwei benachbarten Planspiegeln 6, 7; 7, 8 und 8, 9 ist jeweils so gewählt, daß er mindestens so groß wie die halbe zeitliche Kohärenzlänge des Strahls S1 ist (also hier mindestens 7,5 mm). Die Spiegel 6 bis 8 sind jeweils als teiltransparente Spiegel ausgebildet, so daß der Hauptstrahl H1 zunächst teilweise am ersten Spiegel 6 reflektiert wird, so daß ein erster Teilstrahl T11 erzeugt wird. Der transmittierte Teil des ersten Hauptstrahls H1 wird dann am zweiten teiltransparenten Spiegel 7 wiederum teilweise reflektiert, so daß ein zweiter Teilstrahl, T12 erzeugt wird. Das gleiche erfolgt danach am dritten teiltransparenten Spiegel 8, an dem der dritte Teilstrahl T13 erzeugt wird, und der bis zum Endspiegel 9 transmittierte Teil des Hauptstrahl H1 wird am Endspiegel 9 (möglichst vollständig) reflektiert, wodurch der Endspiegelteilstrahl T14 erzeugt wird. Da die Planspiegel 6 bis 9 zueinander parallel ausgerichtet sind, werden die Strahlen immer in sich zurückreflektiert. Lediglich zur zeichnerischen Verdeutlichung sind die zurückreflektierten Teilstrahlen T11 bis T14 etwas versetzt zum Hauptstrahl H1 eingezeichnet. Mehrfachreflexionen werden hier nicht berücksichtigt, so. daß die reflektierten Teilstrahlen Teilstrahlen erster Ordnung sind (die also genau einmal reflektiert wurden). Die Teilstrahlen T11 bis T14 werden durch die Reflexion an den Planspiegeln 6 bis 9 koaxial überlagert, so daß der zur Teilervorrichtung 5 zurückreflektierte Strahl (der die Teilstrahlen T11 bis T 14 umfaßt) eine deutlich verminderte Interferenzfähigkeit aufweist. Die Köper K1 und K2 bilden mit den Spiegeln 6 bis 9 ein Reflexionsmodul R1 , das die Interferenzfähigkeit des ersten Hauptstrahls H1 vermindert.In the first arm A1, two bodies K1 and K2 (here made of calcium fluoride) which are transparent to the laser radiation are arranged at a distance from one another, the end faces 6, 7, 8 and 9 of which are mirrored, so that four mutually spaced plane mirrors 6 to 9 are arranged in the first arm A1 are. The optical distance between two adjacent plane mirrors 6, 7; 7, 8 and 8, 9 is chosen so that it is at least as long as half the time coherence length of the beam S1 (here at least 7.5 mm). The mirrors 6 to 8 are each designed as partially transparent mirrors, so that the main beam H1 is first partially reflected on the first mirror 6, so that a first partial beam T11 is generated. The transmitted part of the first main beam H1 is then partly reflected again on the second partially transparent mirror 7, so that a second partial beam, T12, is generated. The same then takes place on the third partially transparent mirror 8, on which the third partial beam T13 is generated, and the part of the main beam H1 transmitted up to the end mirror 9 is reflected on the end mirror 9 (as completely as possible), as a result of which the end mirror partial beam T14 is generated. Since the plane mirrors 6 to 9 are aligned parallel to each other, the rays are always reflected back in themselves. The partial beams T11 to T14, which are reflected back, are shown somewhat offset from the main beam H1 only for the sake of clarity in the drawing. Multiple reflections are not taken into account here. that the reflected partial beams are first order partial beams (that is, they were reflected exactly once). The partial beams T11 to T14 are coaxially superimposed by the reflection on the plane mirrors 6 to 9, so that the beam reflected back to the divider device 5 (which comprises the partial beams T11 to T 14) has a significantly reduced interference capability. The body K1 and K2 form with the mirrors 6 to 9 a reflection module R1, which reduces the interference ability of the first main beam H1.
Die Reflexionskoeffizienten (bzw. Reflexionsgrad) der Spiegel 6 bis 9 sind so eingestellt, daß jeder Teilstrahlen T11 bis T14 in etwa gleiche Intensität aufweist. Wenn Mehrfachreflexionen sowie Absorptionen nicht berücksichtigt werden, können ausgehend von dem Reflexionskoeffizienten des Endspiegels 9 die Reflexionskoeffizienten der restlichen teildurchlässigen Spiegel 8 bis 6 gemäß folgender Formel berechnet werden:The reflection coefficients (or reflectance) of the mirrors 6 to 9 are set so that each partial beam T11 to T14 has approximately the same intensity. If multiple reflections and absorptions are not taken into account, the reflection coefficients of the remaining semitransparent mirrors 8 to 6 can be calculated on the basis of the reflection coefficient of the end mirror 9 according to the following formula:
Figure imgf000009_0001
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Wenn man die Spiegel von dem Endspiegel 9 bis hin zur Teilervorrichtung 5 durchnumeriert (also der Endspiegel 9 ist der erste Spiegel, der Teilerspiegel 8 ist der zweite Spiegel, der Teilerspiegel 7 ist der dritte Spiegel und der Teilerspiegel 6 ist der vierte Spiegel) läßt sich ausgehend vom Reflexionskoeffizϊent des n-ten Spiegels der Reflexionskoeffizient des n+1-ten Spiegels gemäß obiger Formel berechnen (Rn ist der Reflexionskoeffϊzient des n-ten Spiegels und Rn+1 ist der Reflexionskoeffizient des n+1-ten Spiegels). In dem hier beschriebenen Beispiel wurde der Reflexionskoeffizient des Endspiegels 9 als 0,93 vorgegeben. Daraus ergibt sich, daß der Reflexionskoeffizient des zweiten Spiegels (teiltransparenter Spiegel 8) 0,37, der Reflexionskoeffizient des dritten Spiegels (teiltransparenter Spiegel 7) 0,22 und der Reflexionskoeffϊzient des vierten Spiegels (teiltransparenter Spiegel 6) 0,15 ist (jeweils auf zwei Stellen gemäß obiger Formel berechnet). Wenn man für das hier beschriebene Beispiel auch noch Absorptionseffekte berücksichtigt (das Material der Körper K1 und K2 ist Kalziumfluorid) kommt man zu einem linearen Gleichungssystem, das zumindest numerisch gelöst werden kann. Als Ergebnis erhält man dann für die Reflexionskoeffizienten der Spiegel 8 bis 6 0,364, 0,221 und 0,155. Dies zeigt, daß mit der angegebenen Formel schon eine sehr gute Abschätzung durchgeführt werden kann.If you number the mirrors from the end mirror 9 to the divider device 5 (i.e. the end mirror 9 is the first mirror, the divider mirror 8 is the second mirror) Divider mirror 7 is the third mirror and divider mirror 6 is the fourth mirror), starting from the reflection coefficient of the nth mirror, the reflection coefficient of the n + 1th mirror can be calculated according to the above formula (R n is the reflection coefficient of the nth mirror and R n + 1 is the reflection coefficient of the n + 1th mirror). In the example described here, the reflection coefficient of the end mirror 9 was specified as 0.93. It follows from this that the reflection coefficient of the second mirror (partially transparent mirror 8) is 0.37, the reflection coefficient of the third mirror (partially transparent mirror 7) is 0.22 and the reflection coefficient of the fourth mirror (partially transparent mirror 6) is 0.15 (in each case two digits calculated according to the above formula). If one also takes into account absorption effects for the example described here (the material of the bodies K1 and K2 is calcium fluoride), a linear system of equations is obtained, which can be solved at least numerically. As a result, 0.364, 0.221 and 0.155 are then obtained for the reflection coefficients of mirrors 8 to 6. This shows that a very good estimate can be made with the given formula.
Die Spiegel 6 bis 9 sind hier jeweils als Bragg-Spiegel (Schichtsystem aus aufeinander gestapelten λ/4-Schichten mit abwechselnd hoher und niedriger Brechzahl). Als Material mit hoher Brechzahl kann LaF3 und als Material mit niedriger Brechzahl kann MgF2 verwendet werden.The mirrors 6 to 9 are each here as a Bragg mirror (layer system of λ / 4 layers stacked on top of one another with alternating high and low refractive indices). LaF 3 can be used as the material with high refractive index and MgF 2 as material with low refractive index.
Der zweite Arm A2 des Kohärenzminderers ist im wesentlichen identisch zum ersten Arm A1 aufgebaut, wobei die transparenten Körper K3 und K4 den transparenten Körpern K1 und K2 entsprechen. Auch die Verspiegelungen der Stirnseiten der transparenten Körper K3 und K4 zur Bildung der Spiegel 10, 11 , 12 und 13 kann identisch zu den Spiegeln 6 bis 9 sein. (Die Körper K3 und K4 mit den Spiegeln 10 bis 13 bilden ein zweites Reflexionsmodul R2). Jedoch ist der optische Abstand des teildurchlässigen Spiegels 10 zur Teilervorrichtung 5 so gewählt, daß er um mindestens die halbe zeitliche Kohärenzlänge des Strahls S1 größer ist als der optische Abstand des Spiegels 9 zur Teilervorrichtung 5 (in der Figur 2 ist zur Vereinfachung der Darstellung der Abstand nicht exakt eingezeichnet). Der optische Abstand des teildurchlässigen Spiegels 10 zur Teilervorrichtung ist daher so gewählt, daß er um mindestens die halbe zeitliche Kohärenzlänge des Strahls S1 plus die optische Gesamtlänge des ersten Reflexionsmoduls R1 größer ist. Damit wird sichergestellt, daß die Teilstrahlen T21 , T22, T23 und T24 nicht interferenzfähig sind mit den Teilstrahien T11 bis T14.The second arm A2 of the coherence reducer is essentially identical to the first arm A1, the transparent bodies K3 and K4 corresponding to the transparent bodies K1 and K2. The mirroring of the end faces of the transparent bodies K3 and K4 to form the mirrors 10, 11, 12 and 13 can also be identical to the mirrors 6 to 9. (The bodies K3 and K4 with the mirrors 10 to 13 form a second reflection module R2). However, the optical distance between the partially transparent mirror 10 and the divider device 5 is selected such that it is at least half the time coherence length of the beam S1 greater than the optical distance between the mirror 9 and the divider device 5 (in FIG. 2, the distance is to simplify the illustration) not shown exactly). The optical distance of the partially transmissive mirror 10 from the divider device is therefore selected such that it is greater by at least half the time coherence length of the beam S1 plus the total optical length of the first reflection module R1. This ensures that the partial beams T21, T22, T23 and T24 are not capable of interference with the partial beams T11 to T14.
Natürlich müssen die beiden Arme im Hinblick auf die Spiegel nicht gleich ausgebildet sein. So können in beiden Armen A1 und A2 auch eine unterschiedliche. Anzahl von Spiegeln vorgesehen sein. Ferner ist es auch möglich, statt den beiden Körpern K3 und K4 im zweiten Arm eine zweite Teilervorrichtung vorzusehen, die den Hauptstrahl H2 wiederum in zwei Strahlen aufteilt und in zwei unterschiedliche Arme einkoppelt, die jeweils sowie der Arm A1 aufgebaut sein können.Of course, the two arms do not have to be of the same design with regard to the mirrors. So in both arms A1 and A2 a different one. Number of mirrors can be provided. Furthermore, it is also possible to provide a second divider device in the second arm instead of the two bodies K3 and K4, which in turn divides the main jet H2 into two Splits beams and couples them into two different arms, each of which can be constructed as well as arm A1.
Des weiteren ist es auch möglich, daß die Planspiegel 6 bis 9 sowie 10 bis 13 nicht exakt parallel zueinander ausgerichtet sind. Sie können teilweise zueinander verkippt sein, so daß ein geringer lateraler Versatz der überlagerten Teilstrahlenbündel T11 bis T14 und T21 bis T24 vorhanden ist, wodurch eine Homogenisierung über den Strahlquerschnitt erreicht wird.Furthermore, it is also possible that the plane mirrors 6 to 9 and 10 to 13 are not aligned exactly parallel to one another. They can be partially tilted towards each other, so that there is a slight lateral offset of the superimposed partial beams T11 to T14 and T21 to T24, as a result of which homogenization is achieved across the beam cross section.
Die Position der Körper K1 und K2 und/oder K3 und K4 kann in Strahlausbreitungsvorrichtung verändert werden, um den Kohärenzminderer 1 an andere zeitliche Kohärenzlängen anzupassen. Natürlich müssen die Spiegel 6 bis 9 und 10 bis 13 nicht auf den Stirnseiten der Körper K1 und K4 ausgebildet sein, sondern können auch als Einzelspiegel ausgebildet sein.The position of the bodies K1 and K2 and / or K3 and K4 can be changed in the beam spreading device in order to adapt the coherence reducer 1 to other temporal coherence lengths. Of course, the mirrors 6 to 9 and 10 to 13 do not have to be formed on the end faces of the bodies K1 and K4, but can also be designed as individual mirrors.
Die von den beiden Armen zurückreflektierten Teilstrahlenbündel T11 bis T14 sowie T21 bis T24 werden an der Teilervorrichtung 5 (zumindest teilweise) überlagert und bilden den ausfallenden Strahl S2, dessen Interferenzfähigkeit aufgrund des Kohärenzminderers deutlich geringer ist.The partial beams T11 to T14 and T21 to T24 reflected back by the two arms are (at least partially) superimposed on the divider device 5 and form the emerging beam S2, the interference capability of which is significantly lower due to the coherence reducer.
Der Kohärenzminderer ist für teilkohärente und kohärente Strahlungsquellen im Wellenlängenbereich von Infrarot bis ins Extreme UV (Wellenlänge von etwa 13 nm) anwendbar, insbesondere bei Inspektionsmikroskopen (deren Beleuchtungseinheit), z. B. in der Halbleiterfertigung, Lithographievorrichtungen, Laserprojektionssysteme und auch bei polarisierter Beleuchtung für Meß- und Projektionssysteme. The coherence reducer can be used for partially coherent and coherent radiation sources in the wavelength range from infrared to extreme UV (wavelength of about 13 nm), in particular for inspection microscopes (their illumination unit), e.g. B. in semiconductor manufacturing, lithography devices, laser projection systems and also with polarized lighting for measurement and projection systems.

Claims

Patentansprüche claims
1. Koharenzminderer für einen Strahl (S1) mit einer vorbestimmten zeitlichen Kohärenzlänge, wobei der Kohärenzminderer (1) einen ersten Arm (A1) sowie eine Ein- /Auskoppelvorrichtung (5) aufweist, die vom Strahl (S1) einen ersten Hauptstrahl (H1) in den ersten Arm (A1) einkoppelt, wobei der Arm (A1) ein Reflexionsmodul (R1, R2) aufweist, das den Hauptstrahl (H1) zur EinJAuskoppelvorrichtung (5) zurückreflektiert, und die Ein- /Auskoppelvorrichtung (5) aus dem zurückreflektierten Hauptstrahl einen ausfallenden Strahl (S2) bildet, wobei das Reflexionsmodul (R1) des ersten Arms (A1) in Ausbreitungsrichtung des von der EinJAuskoppelvorrichtung (5) kommenden ersten Hauptstrahls (H1) einen ersten teildurchlässigen Spiegel (6), der einen Teil des ersten Hauptstrahls (H1) als erster Teilstrahl (T11) zur EinJAuskoppelvorrichtung (5) zurückreflektiert, und einen ersten Endspiegei (9) umfaßt, dessen optischer Abstand zum ersten teildurchlässigen Spiegel (6) mindestens der halben zeitlichen Kohärenzlänge entspricht und der zumindest ein Teil des vom ersten teildurchlässigen Spiegel (6) transmittierten ersten Hauptstrahls (H1) derart über den ersten teildurchlässigen Spiegel (6) zur EinJAuskoppelvorrichtung (5) als Endspiegelteilstrahl (T14) zurückreflektiert, daß der Endspiegelteilstrahl (T14) mit dem ersten Teilstrahl (T 1) überlagert ist.1. Coherence reducer for a beam (S1) with a predetermined temporal coherence length, wherein the coherence reducer (1) has a first arm (A1) and a coupling / decoupling device (5) which emits a first main beam (H1) from the beam (S1). couples into the first arm (A1), the arm (A1) having a reflection module (R1, R2) which reflects the main beam (H1) back to the coupling-in device (5), and the coupling / decoupling device (5) from the back-reflected main beam forms an outgoing beam (S2), the reflection module (R1) of the first arm (A1) in the direction of propagation of the first main beam (H1) coming from the coupling-in device (5) forming a first semitransparent mirror (6) which forms part of the first main beam ( H1) is reflected back as the first partial beam (T11) to the input coupling device (5), and comprises a first end mirror (9), the optical distance of which from the first partially transparent mirror (6) is at least half the time hen corresponds to coherence length and the at least part of the first main beam (H1) transmitted by the first partially transparent mirror (6) reflects back via the first partially transparent mirror (6) to the coupling-in device (5) as an end mirror partial beam (T14) such that the end mirror partial beam (T14) co-exists the first partial beam (T 1) is superimposed.
2. Koharenzminderer nach Anspruch 1 , wobei jeder Teilstrahl von den von den Spiegeln (6- 9) zur EinJAuskoppelvorrichtung (5) zurückreflektierten Teilstrahlen (T11, T12, T13, T14) erster Ordnung jeweils mit den restlichen Teilstrahlen, insbesondere koaxial, überlagert ist.2. Coherence reducer according to claim 1, wherein each partial beam of the partial beams (T11, T12, T13, T14) reflected back from the mirrors (6-9) to the input coupling device (5) is respectively superimposed with the remaining partial beams, in particular coaxially.
3. Kohärenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, wobei zwischen dem ersten teildurchlässigen" Spiegel (6) und dem Endspiegei (9) zumindest ein weiterer teildurchlässiger Spiegel (7, 8) derart angeordnet ist, daß jeweils der optische Abstand zweier benachbarter Spiegel (6, 7; 7, 8; 8, 9) mindestens der halben zeitlichen Kohärenzlänge entspricht. 3. Coherence reducer according to one of the above claims, wherein at least one further partially transparent mirror (7, 8) is arranged between the first partially "transparent" mirror (6) and the end mirror (9) such that in each case the optical distance between two adjacent mirrors (6, 7; 7, 8; 8, 9) corresponds to at least half the time coherence length.
4. Kohärenzminderer nach Anspruch 3, wobei bei den teildurchlässigen Spiegeln die Reflexionskoeffizienten so gewählt sind, daß jeweils bei zwei benachbarten Spiegeln (6, 7; 7, 8) der näher an der EinJAuskoppelvorrichtung (5) liegende Spiegel (6, 7) einen kleineren Reflexionskoeffizienten aufweist als der andere teildurchlässige Spiegel (7, 8).4. Coherence reducer according to claim 3, wherein the reflection coefficients in the partially transparent mirrors are selected such that in each case with two adjacent mirrors (6, 7; 7, 8) the mirror (6, 7) closer to the coupling-in device (5) has a smaller one Has reflection coefficient than the other semitransparent mirror (7, 8).
5. Kohärenzminderer nach Anspruch 4, wobei beim Endspiegel (9) und den teildurchlässigen Spiegeln (6-8) die Reflexϊonskoeffizienten so gewählt sind, daß die von den Spiegeln (6-9) zur EinJAuskoppelvorrichtung (5) zurückreflektierten Teilstrahlen (T11-T14) erster Ordnung jeweils die gleiche Intensität aufweisen.5. coherence reducer according to claim 4, wherein in the end mirror (9) and the semitransparent mirrors (6-8) the reflection coefficients are selected such that the partial beams (T11-T14) reflected back by the mirrors (6-9) to the coupling-in device (5) first order each have the same intensity.
6. Kohärenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, wobei zwei benachbarte Spiegel (6, 7; 7, 8; 8, 9) des Reflexionsmoduls (R1) des ersten Arms (A1) auf Grenzflächen eines für den ersten Hauptstrahl (H1) transparenten Körpers (K1, K2) ausgebildet sind.6. Coherence reducer according to one of the above claims, wherein two adjacent mirrors (6, 7; 7, 8; 8, 9) of the reflection module (R1) of the first arm (A1) on interfaces of a body transparent to the first main beam (H1) ( K1, K2) are formed.
7. Koharenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, wobei der Reflexionskoeffizient zumindest eines der Spiegel (6-9) über den Querschnitt des auftreffenden Strahls konstant ist.7. Coherence reducer according to one of the above claims, wherein the reflection coefficient of at least one of the mirrors (6-9) is constant over the cross section of the incident beam.
8. Kohärenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, bei dem zumindest einer der Spiegel (6-9) als Bragg-Reflektor ausgebildet ist.8. Coherence reducer according to one of the above claims, in which at least one of the mirrors (6-9) is designed as a Bragg reflector.
9. Kohärenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, bei dem zumindest einer der Spiegel (6-9) reflektive und transmittive Abschnitte aufweist, wobei der Anteil der reflektiven Abschnitte in Abhängigkeit des Reflexionsgrades gewählt ist.9. Coherence reducer according to one of the above claims, in which at least one of the mirrors (6-9) has reflective and transmissive sections, the proportion of the reflective sections being selected as a function of the degree of reflection.
10. Kohärenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Spiegel (6-9) als Planspiegel ausgebildet und zueinander parallel angeordnet sind.10. Coherence reducer according to one of the above claims, in which the mirrors (6-9) are designed as plane mirrors and are arranged parallel to one another.
11. Kohärenzminderer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Spiegel (6-9) als Planspiegel ausgebildet sind und zwei der Spiegel zueinander gekippt sind, bevorzugt um weniger als 1°.11. Coherence reducer according to one of claims 1 to 10, in which the mirrors (6-9) are designed as plane mirrors and two of the mirrors are tilted towards one another, preferably by less than 1 °.
12. Kohärenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, wobei der Kohärenzminderer (1) einen zweiten Arm (A2) aufweist und die EinJAuskoppelvorrichtung (5) den Strahl (S1) in einen ersten und zweiten Hauptstrahl (H1, H2) so aufteilt, daß der erste Hauptstrahl (H1) in den ersten Arm (A1) und der zweite Hauptstrahl (H1) in den zweiten Arm (A2) eingekoppelt wird, wobei der zweite Arm (A2) ein Reflexionsmodul (R2) aufweist, das den zweiten Hauptstrahl (H2) zur EinJAuskoppelvorrichtung (5) zurückreflektiert, und die EinJAuskoppelvorrichtung (5) aus beiden zurückreflektierten Hauptstrahlen einen ausfallenden Strahl (S2) bildet. 12. Coherence reducer according to one of the above claims, wherein the coherence reducer (1) has a second arm (A2) and the EinJAoppeloppelvorrichtung (5) divides the beam (S1) into a first and second main beam (H1, H2) so that the first The main beam (H1) is coupled into the first arm (A1) and the second main beam (H1) into the second arm (A2), the second arm (A2) having a reflection module (R2) which is the second main beam (H2) A coupling-out device (5) reflects back, and the coupling-out device (5) forms an outgoing beam (S2) from the two main beams reflected back.
13. Kohärenzminderer nach Anspruch 12, bei dem das Reflexionsmodul (R2) des zweiten Arms (A2) in gleicher Weise wie das Reflexionsmodul (R1) des ersten Arms (A1) ausgebildet ist.13. Coherence reducer according to claim 12, in which the reflection module (R2) of the second arm (A2) is designed in the same way as the reflection module (R1) of the first arm (A1).
14. Kohärenzminderer nach Anspruch 13, bei dem der optische Abstand zwischen dem ersten teildurchlässigen Spiegel (6, 10) eines der Reflexionsmodule (R1 , R2) und der Ein- /Auskoppelvorrichtung (5) um mindestens die halbe zeitliche Kohärenzlänge größer ist als der optische Abstand zwischen dem Endspiegel (13, 19) des anderen Reflexionsmoduls (R2, R1) und der EinJAuskoppelvorrichtung (5).14. Coherence reducer according to claim 13, wherein the optical distance between the first partially transparent mirror (6, 10) of one of the reflection modules (R1, R2) and the coupling / decoupling device (5) is greater than the optical length by at least half the time coherence Distance between the end mirror (13, 19) of the other reflection module (R2, R1) and the EinJAuschoppelvorrichtung (5).
15. Verwendung des Kohärenzminderers nach einem der obigen Ansprüche bei einer Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere einer Mikroskopbeleuchtungsvorrichtung, die eine dem Kohärenzminderer (1) nachgeschaltete Beleuchtungsoptik (2, 3, 4) umfaßt, die den ausfallenden Strahl (S2) auf eine zu beleuchtende Ebene (F) abbildet.15. Use of the coherence reducer according to one of the above claims in an illumination device, in particular a microscope illumination device, which comprises a coherence reducer (1) downstream illumination optics (2, 3, 4) that direct the outgoing beam (S2) onto a plane to be illuminated (F ) maps.
16. Verwendung nach Anspruch 15, bei der vor und/oder hinter dem Kohärenzminderer eine Streuscheibe angeordnet ist, durch die der einfallende Strahl (S1) bzw. der ausfallende Strahl (S2) hindurchläuft,16. Use according to claim 15, in which a diffuser is arranged in front of and / or behind the coherence reducer, through which the incident beam (S1) or the emerging beam (S2) passes,
17. Verfahren zur Kohärenzminderung eines Strahls mit einer vorbestimmten zeitlichen Kohärenzlänge, wobei vom Strahl ein erster Hauptstrahl derart in sich zurückreflektiert wird, daß ein Teil des ersten Hauptstrahls nach Durchlaufen einer ersten optischen Weglänge als erster Teilstrahl zurückreflektiert und ein anderer Teil transmittiert wird und zumindest ein Teil des transmittierten ersten Hauptstrahls nach Durchlaufen einer weiteren optischen Weglänge, die mindestens der halben zeitlichen Kohärenzlänge entspricht, als Endspiegelteilstrahl zurückreflektiert wird, wobei der Endspiegelteilstrahl mit dem ersten Teilstrahl überlagert wird und daraus ein ausfallender Strahl gebildet wird. 17. A method for reducing the coherence of a beam with a predetermined temporal coherence length, the beam reflecting back a first main beam in such a way that part of the first main beam is reflected back as a first partial beam after passing through a first optical path length and another part is transmitted and at least one Part of the transmitted first main beam after passing through a further optical path length, which corresponds to at least half the time coherence length, is reflected back as an end mirror partial beam, the end mirror partial beam being superimposed on the first partial beam and an emerging beam being formed therefrom.
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